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【造价培训】知识普及:从力学的基本原理学习钢筋“平法”

来源:开元建校  时间:2017-04-07

《力学》是学习钢筋平法”的基础知识,只有掌握了力学,才能理解平法为什么要那么做。比方说梁的钢筋,为什么上部钢筋只能在梁跨中搭接?而下部钢筋就只能在支座旁边三分之一跨的长度范围内搭接?如果不知道原理,不多问一个“为什么”,就不能真正说“懂”。下面我就举两个“力学在钢筋设计中的基本原理应用”的例子,希望读者指出不足,互相学习共同进步;希望大家“牵一发而动全身”,从一个原理反射理解到其他地方,培养在思考中学习的好习惯。

1.梁的上下部钢筋搭接位置原理

首先我们来看一下梁最基本的一种破坏时的情形。

261549398cttspuaFU.jpg

一根梁,两端都有支座(等于在柱子上),我们在中间施加压力,想想会出现什么情况呢?

如果你知道答案是梁最终会断裂,那么,想想裂缝最先出现在什么地方呢?


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        很明显,梁的下部会最先出现裂缝。力学实验证明,下部钢筋会断,上部钢筋会在中部被挤压成“灯笼”。请看下面的力学示意图。


26161626rDZ5FDmHyn.jpg

可以想象,假如梁的下部钢筋在跨中处搭接,结果会是怎么样?结果一定是在跨中搭接,受到梁内部最大的拉力,当然容易断裂了!

可以引出《平法》中那些经验做法:

①梁上部要有支座负筋,并且通常伸入支座三分之一跨长

②梁的上部钢筋要在跨中搭接;下部钢筋要在支座两边三分之一跨长处搭接

③支座的两端往往需要箍筋加密(抗震加密)

2.锚固、搭接的力学原理

在理想情况下,钢筋当然是能不需要搭接最好,就像混凝土能最好一次性浇筑一样,一个整体总会比两个结合的内力要强。但因为混凝土有水化热等等原因,并不能一次性把整栋大楼浇筑好;钢筋因为生产、运输等原因,并不能长到刚刚好的长度。所以规范的市场里,钢筋一般是9米,或12米的规格。这是从市场层面解释为什么要有搭接。


    我们想想为什么需要锚固?把一个小木块架在墙上,或者用铁钉钉在墙上,结果是不同的吧?用铁钉当然比单纯架在墙上更能稳固木块,问题是:铁钉要多长才能做到固定木块,又不浪费呢?

26161646ekd4UMifNG.jpg

        力学上有专门的计算公式,需要根据钢筋的直径、表面粗糙程度、受力大小等,计算出锚固的长度。简单说,该计算公式的原理就是找到一个

  临界点:钢筋刚好拔出的那一瞬间,刚好断裂。这样你可以明白为什么级别越高的钢筋它的锚固长度越大了吧?

  搭接也是这个概念。但有的人疑惑,为什么直径不一样的钢筋搭接,要用直径小的钢筋计算出的搭接长度呢?打个小小的比喻:一根粗绳子可以承受100牛的拉力,而一根细绳子只能十牛,两根绑扎在一起,用力两边一拉,哪根先断呢?毫无疑问,细的会先断裂。并且当施加的力到十牛时,这个结合就已经被破坏。所以采用 100牛的拉力的话,有90牛是浪费的。钢筋搭接就是如此,搭接长度只要满足两钢筋被拉开的瞬间,细的钢筋刚好断裂就足以!


        3.万能的内折角定律

        所谓的内折角,我不文字解释,直接上图更形象  


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        (如左图,钢筋在转角处弯折,这样的危险就如右图所示,当钢筋两端都有拉力时,角处是“尖锐又脆弱”的,很容易就被破坏了。)

        因此,无论在任何构件任何情况下,都绝对不允许内折角出现。解决的办法就是钢筋一定要伸到底。

        可以看到《平法》无时不刻在运用这个定律,如果你有一天看到没有伸到底就弯折的的钢筋,那么你一定要自信的站出来,对设计人员说这图纸出错了。

       比如:


26161735af3ZNN14uS.jpg

        4.受力钢筋布置位置靠外定律

        这个定律是相对于分布钢筋等构造钢筋说的。打个比方说,一道剪力墙,是水平钢筋在外面,还是垂直钢筋呢?又比如板,长边和短边的钢筋。 哪个是在下面呢?是随便哪个靠外都可以吗?答案当然是否定的。

这个规律就是:哪种钢筋受力更大,它就更靠外。比如说是独立基础的钢筋:长向钢筋在下,短向在上。

        为什么是这样呢?请观察下图,在基础底面受到均匀土应力的情况下:


261617520ta5DwZyZi.jpg

        其受力结果如下图:


26161810popVioHLPr.jpg

        很明显,在上有柱子顶住中心,下有均匀的土应力情况下,独立基础是长边的弯曲更多!因此长边的受力更多。所以将长边的钢筋放在下面,短边钢筋置于上面。此时短边钢筋受力不多,基本等于分布钢筋的作用,起到固定长边钢筋,形成钢筋网的作用。

        因此,回到前面疑问:剪力墙的钢筋是水平筋在外,还是垂直筋。其实答案是不确定的。因为剪力墙在不同的位置其受力情况不同(比如地下室剪力墙还受到土应力,而在地上不存在这种情况)。

        从方便施工角度考虑的,即由外到内是:第一层,剪力墙水平钢筋;第二层,剪力墙的竖向钢筋和暗梁的箍筋(同层);第三层,暗梁的水平钢筋。  

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